基于情緒感染理論的職工餐廳緊急疏散仿真研究

梅全濤 徐昕宇

江蘇大學管理學院 江蘇 鎮(zhèn)江 212013

引言

我國勞動密集型企業(yè)眾多，規(guī)模較大的勞動密集型企業(yè)一般其職工餐廳在用餐高峰期時屬于人員密集型場所，該類場所一旦發(fā)生火災、地震等突發(fā)事件，不僅會給企業(yè)產(chǎn)生負面影響，而且會帶來人員傷亡與財產(chǎn)損失。雖然各企業(yè)都有相關緊急事件的應急處理預案，但應對措施過于簡單，缺乏科學依據(jù)。

在突發(fā)事件發(fā)生時，部分個體會產(chǎn)生恐慌心理，國內(nèi)外有許多學者對人員疏散時的恐慌心理開展了深入研究，Helbing等[1]研究發(fā)現(xiàn)平均速度會隨著恐慌程度的變化而變化，驗證了恐慌狀態(tài)下“快即是慢”的效果；陳長坤等[2]研究發(fā)現(xiàn)，疏散時間隨著恐慌閾值的增加而減少，情緒自衰速率是影響恐慌情緒的關鍵因素?？茺惼絒3]研究結果表明群集現(xiàn)象是導致群體性擠踏事件的直接原因。

常見的疏散模型包括連續(xù)和離散型兩種[5]。連續(xù)型主要考慮個體的具體特征，模擬疏散個體的行為[6]。常采用的是社會力模型[7]、流體動力學模型[8]等；離散型將疏散區(qū)域離散化，計算簡單且運行速度較快[9]。常采用的是元胞自動機模型[10]、格子氣模型[11]等。

國內(nèi)外學者常采用Pathfinder、Anylogic和Simulex等仿真平臺進行疏散研究[12-14]。胡麗娟等[15]基于Netlogo對地鐵車站人員緊急疏散進行研究。Netlogo是基于多智能體的仿真工具，通過設定主體的屬性及其之間的關系，達到主體智能化的目的。

綜上，本文基于情緒感染理論，結合職工餐廳的特殊情況，利用Netlogo仿真平臺，構建人員緊急疏散模型，通過設計不同情形的仿真實驗，總結實驗規(guī)律，針對職工餐廳緊急疏散提出合理建議。

1 人員疏散模型構建

1.1 恐慌心理傳染機制

為模擬待疏散人員的恐慌心理及傳染，借鑒陳長坤等[3]的研究，將恐慌心理進行量化，定義了人員恐慌心理參數(shù)初始恐慌心理參數(shù)通過正態(tài)分布函數(shù)確定，見式（1）：

本文采用SIS模型模擬恐慌的傳染。S為易感個體，為恐慌心理的接收者；I為感染者，不僅可以傳播恐慌，也接受其他傳播者的感染。當S個體的恐慌心理參數(shù)超過某一個閾值時，個體轉變?yōu)镮個體，表現(xiàn)出恐慌行為；當I個體的恐慌心理參數(shù)發(fā)生衰減并低于時，個體轉變?yōu)镾個體。個體某時刻的恐慌心理參數(shù)計算，見式（2）：

個體的恐慌心理會自我衰減，當快要到達出口時，單位時間內(nèi)恐慌心理衰減值會大幅度增加?？只判睦硭p值計算，見式（3）：

1.2 恐慌心理影響下的出口決策機制

在恐慌心理的作用下，個體的出口選擇會受到影響，本模型將個體的出口決策分為理性與非理性決策；理性決策時，個體會根據(jù)自身與各個出口之間的距離、出口附近的擁擠程度以及上一時刻所選擇的出口進行理性決策，在張鑫龍等[6]關于出口選擇研究的基礎上，引入個體對于出口附近擁擠敏感系數(shù)，理性決策公式（4）：

非理性決策時，個體會根據(jù)周圍的人群進行出口選擇，當周圍沒有其他人時，恐慌個體會隨機選擇逃生出口，表現(xiàn)出從眾行為與盲目行為，非理性決策公式，見式（5）：

1.3 人員運動規(guī)則

本文借鑒社會力模型中的自身驅動力來模擬個體的疏散動力，在傳統(tǒng)自身驅動力的基礎上，引入基本驅動力的概念，以模擬個體在沒有處于疏散狀態(tài)時的驅動力，個體自身驅動力計算，見式（6）：

在自身驅動力的作用下，個體速度計算，見式（7）：

1.4 障礙物及行人避讓行為規(guī)則

在遇到障礙物時，個體會以目標出口方向規(guī)劃繞行路線，并以較低速度繞行。本模型將個體的行人避讓行為分為理性和非理性避讓。理性避讓時，個體會隨機向左或向右調(diào)整移動角度，每次調(diào)整15°，若調(diào)整三次前方都有人員，則停留在原地不動；非理性避讓時，個體除了調(diào)整方向后，不管前方是否有人都會向前移動一段距離，以此來模擬恐慌個體向前擁擠的行為。

1.5 人員踩踏傷亡規(guī)則

由于恐慌個體無法對于前方行人采取完全理性行為，可能會發(fā)生單位空間上存在多個個體的情況。通過統(tǒng)計每個單位空間上的個體數(shù)量，當個體數(shù)量高于三人時，則其中一人死亡，周圍個體的恐慌參數(shù)增加，以此來模擬由于踩踏發(fā)生的傷亡事故。

2 仿真實驗設計

2.1 基于Netlogo的疏散模型構建

基于Netlogo的疏散模型中，海龜代表待疏散人員，瓦片代表疏散環(huán)境的地面與設施，為保證在正常情況下一個海龜占據(jù)一個瓦片，選用0.4m×0.4m的瓦片，海龜會根據(jù)情況動態(tài)選擇出口，逃生過程中遇到障礙物或其他個體時會進行避讓，直至到達出口。

選取某職工餐廳為例，根據(jù)現(xiàn)場測量，該餐廳總長70m、寬30m，其中就餐區(qū)分為兩部分，排隊領餐區(qū)長為70m、寬為5m，就餐區(qū)中間有一片長25m、寬為7m的區(qū)域不擺放餐桌，東、西、南方分別有一個進出口，其中，東門出口最多可滿足5人同時進出，南北門出口最多可滿足2人同時進出。疏散環(huán)境構建界面如圖1所示，其中A、B、C為三個進出口。

圖1 疏散仿真環(huán)境

2.2 實驗設計

初始狀態(tài)下，領餐區(qū)100人，就餐區(qū)500人，其中主食領餐區(qū)占領餐區(qū)人數(shù)的80%；恐慌心理參數(shù)恐慌閾值出口附近恐慌衰減率自身恐慌衰減率恐慌傳遞系數(shù)出口附近人數(shù)擁擠敏感系數(shù)餐桌數(shù)為414個，A、B出口寬度為0.8m，C出口寬度為2m。

2.2.1 恐慌心理閾值對疏散效率的影響實驗。設置恐慌閾值從0.01到0.15均勻變化，保持其他變量不變，每組實驗條件運行10次，當所有人員離開時，仿真結束。記錄疏散時間和踩踏傷亡人數(shù)，取10次實驗數(shù)據(jù)的均值作為最終實驗結果。

2.2.2 恐慌心理感染傳遞系數(shù)對疏散效率的影響實驗。設置感染傳遞系數(shù)從0.10到1.00均勻變化，保持其他變量不變，記錄疏散時間、踩踏傷亡人數(shù)以及人群恐慌參數(shù)平均值。

2.2.3 疏散人數(shù)與出口寬度對疏散效率的影響實驗

設置疏散人數(shù)從100到1000均勻變化，增加出口寬度，每次增加0.4m，保持其他變量不變，記錄疏散時間、踩踏傷亡人數(shù)以及各出口利用率。

3 仿真結果與分析

3.1 恐慌心理閾值對疏散效率的影響

恐慌閾值對疏散時間與傷亡人數(shù)的影響如圖2、3所示，當恐慌閾值低于0.10時，人員疏散時間隨著恐慌閾值的增加而減少，當恐慌閾值增加到0.10后，疏散時間穩(wěn)定在200s左右。仿真結果表明，由于恐慌閾值的提高，恐慌個體占比減少，大部分個體能夠理性選擇出口并且表現(xiàn)出合理避讓行為，減少人員擠踏的概率，降低了傷亡人數(shù)。

圖2 恐慌閾值與疏散時間的關系

圖3 恐慌閾值與模擬傷亡人數(shù)的關系

3.2 恐慌心理傳遞系數(shù)對疏散效率的影響

恐慌傳遞系數(shù)與疏散時間、傷亡人數(shù)的關系如圖4、5所示，疏散時間和傷亡人數(shù)隨著恐慌傳遞系數(shù)的增大呈現(xiàn)先增加再趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，由于當恐慌傳遞系數(shù)增大時，部分非恐慌個體很快轉變?yōu)榭只艂€體，導致疏散時間延長和傷亡人數(shù)增加，當傳遞系數(shù)增大到一定值時，由于個體總數(shù)有限，恐慌個體占比逐漸達到穩(wěn)定水平，使得疏散時間與傷亡人數(shù)穩(wěn)定在一定水平。

圖4 恐慌傳遞系數(shù)與疏散時間的關系

圖5 恐慌傳遞系數(shù)與傷亡人數(shù)的關系

不同恐慌傳遞系數(shù)條件下，人群恐慌參數(shù)平均值隨時間變化如圖6所示，傳遞系數(shù)較小時，大規(guī)模的恐慌感染現(xiàn)象較難發(fā)生，人群恐慌平均值處于較低水平；當傳遞系數(shù)較大時，人群恐慌平均值在疏散前50s內(nèi)呈現(xiàn)直線式增長，并在接下來100s內(nèi)穩(wěn)定在較高水平，觀察仿真實驗發(fā)現(xiàn)，在前150s內(nèi)，有70%左右的人員成功逃離，但大部分人員傷亡現(xiàn)象發(fā)生于此。在恐慌心理衰減的作用下，人群恐慌參數(shù)平均值逐漸降低，但是由于恐慌個體的集群現(xiàn)象，分散的個體會加入到恐慌群體，導致恐慌個體之間恐慌情緒的二次傳遞，出現(xiàn)恐慌平均值波動幅度較大的現(xiàn)象，如圖6。

圖6 不同下人群恐慌平均值隨時間變化

3.3 疏散人數(shù)與出口寬度對疏散效率的影響

在不同出口寬度下，疏散時間隨著人員數(shù)量的遞增，人數(shù)低于500時，疏散較為通暢，不同出口寬度下的疏散時間相差較小，人數(shù)高于500時，各出口利用率增大，出口附近擁堵情況較為嚴重，出現(xiàn)瓶頸效應，造成疏散時間大幅度延長，嚴重影響了疏散效率。

4 結束語

4.1 結論

疏散時間與傷亡人數(shù)隨著恐慌閾值的增加而降低，最終穩(wěn)定在某個數(shù)值，并且大多數(shù)傷亡是發(fā)生于恐慌群體中。

疏散時間與傷亡人數(shù)會隨恐慌傳遞系數(shù)的增加而增大，當傳遞系數(shù)達到一定值時，疏散時間與傷亡人數(shù)會穩(wěn)定在一定水平；恐慌傳遞系數(shù)對恐慌參數(shù)平均值會產(chǎn)生較大影響，在疏散前期發(fā)生大規(guī)模的恐慌感染，人群恐慌參數(shù)平均值出現(xiàn)直線式增長，發(fā)生踩踏傷亡事故概率增加。

疏散時間隨疏散人數(shù)的增加而增加，當人數(shù)達到一定值時，較大的出口才能發(fā)揮出疏散優(yōu)勢。系統(tǒng)整體疏散能力取決于小出口的疏散能力。

4.2 建議

根據(jù)上述結論，提出如下建議：

加強職工心理素質宣傳教育。培養(yǎng)其面對突發(fā)事件的沉著冷靜能力，降低個體受環(huán)境的影響，餐廳可以在室內(nèi)粘貼疏散指導建議，布置醒目的疏散標識；該類企業(yè)應定期組織不同場景的疏散演練，增強職工應急逃生能力。

制定合理科學的動態(tài)疏散策略。在突發(fā)事件發(fā)生時，指導疏散人員應把握住前150s，及時發(fā)現(xiàn)恐慌人員并為其選擇正確的逃生出口與較少的人員分布疏散路線，避免大規(guī)?？只鸥腥粳F(xiàn)象。在疏散中期，及時發(fā)現(xiàn)并分散恐慌群體，減少踩踏發(fā)生概率。在疏散后期，及時指導個體至最近的逃生出口。

餐廳應根據(jù)就餐人數(shù)平均值，適當調(diào)整疏散出口寬度。在疏散過程中，指導疏散人員應及時將小出口等待人員轉移至大出口，減少疏散資源浪費，并做出合理的人員分流工作，避免恐慌群體集聚現(xiàn)象的發(fā)生。